DE2515607A1

DE2515607A1 - Ultraviolett-strahlungsquelle

Info

Publication number: DE2515607A1
Application number: DE19752515607
Authority: DE
Inventors: Gerold Dr Braendli; Walter Stoidl
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland; BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-03-14
Filing date: 1975-04-10
Publication date: 1976-09-23
Also published as: JPS61142659A; FR2304175A2; US4000431A; DE2515607C2; FR2304175B2; JPS6231475B2; CH581903A5; JPS51119188A

Description

26/75 Lü/dh

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie«, Baden (Schweiz)

Ultraviolett-Strahlungsquelle Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 24 12 997.3)

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung ultravioletter Strahlung mit hoher spektraler Strahldichte, bei welcher die Strahlung in einer eine thermoemissive Kathode aufweisenden Entladungsröhre mit einer Quecksilber/Argon-Füllung durch eine wandstabilisierte Gleichstrom-Gasentladung

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bei einem Druck p„ des Quecksilbers zwischen 5 · 10 und

Hg

5 · 10 Torr, einem Druck ρ des Argons zwischen 0,01 und 10 Torr, und einer Stromdichte j des Entladungsstromes I

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zwischen 1 und 25 A/cm erzeugt wird, und bei welcher die beiden Elektrodenräume ausser durch den Entladungsraum auch durch einen Druckausgleichsraum miteinander verbunden sind.

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Eine solche Einrichtung - kurz: Hochstrom-Niederdruck-UV-Strahlungsquelle - wird in ihren wesentlichen Elementen in dem Hauptpatent (PA 24 12 997.3 ) beschrieben, wobei der Wert des

Entladungsstromes I bzw. der Stromdichte J_n in Anpassung an das zu bestrahlende Gut eingestellt wird, und der Quecksilber-Druck über die Quecksilber-Temperatur derart geregelt wird, dass die Ausbeute der Linie der Wellenlänge 253,7 nm, d.h. das Verhältnis der spektralen Strahlungsleistung für die genannte Wellenlänge zur in die Entladung eingespeisten elektrischen Leistung, mindestens 80 % des Ausbeute-Maximums für die eingestellte Stromdichte J₀ beträgt. Der quantitative Zusammenhang zwischen dem eingestellten Entladungsstrom J_n und der zu wählenden Quecksilber-Temperatur ist im Hauptpatent näher angegeben.

Bei der in dem Häuptpatent angegebenen konstruktiven Ausführungsform sind die beiden Elektroden, also die Kathode und die Anode, in getrennten Kolben, vorzugsweise aus Glas, eingeschlossen. Das erschwert die Herstellung und macht das Gerät relativ empfindlich für die Handhabung in der industriellen Praxis. Wenn die Kolben nebeneinander angeordnet sind, wird darüberhinaus ein komplizierter, voluminöser und teurer Halter benötigt. Bei gewissen Anordnungen, z.B. bei Verpackungsmaschinen für steriles flüssiges Füllgut, bei welchen die Packungen durch Formen des Packstoffes zu einem Tubus erzeugt werden, oder bei der Entkeimung von Flaschen, sind Strahlungsquellen mit nebeneinander

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liegenden Kolben für die Elektrodenräume nur sehr schwer einsetzbar.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu beheben und die Strahlungsquelle nach dem Hauptpatent derart zu verbessern, dass sie insbesondere in der industriellen Praxis leicht und robust zu handhaben und einzubauen ist, und gleichzeitig kosten- und materialsparend hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäss die beiden Elektroden hintereinander in einem gemeinsamen Kolben angeordnet sind, dass an dessen dem Entladungsraum zugewandten Ende die beiden Schenkel des Entladungsraumes angeschlossen sind derart, dass der eine Schenkel koaxial und die dem Entladungsraum zugewandte, ringförmige Elektrode durchtretend in den Kolben hineinragt, und dass an der Innenwand des Kolbens und an dem in den Kolben hineinragenden Schenkel zwischen den beiden Elektroden jeweils Kragen vorgesehen sind, welche einander derart zugeordnet sind, dass sich-zwischen dem Kathoden- und dem Anodenraum ein auf einem ersten Teilstück in der Richtung Kathode/Anode, und auf einem zweiten Teilstück in der Richtung Anode/Kathode verlaufender, als Druckausgleichsraum wirkender Verbindungsweg ergibt.

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Eine derart konzipierte UV-Strahlungsquelle erfüllt die obengenannten Anforderungen in optimaler Weise.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigt:

Fig. 1 den Kolben einer in der Praxis erprobten Strahlungsquelle nach der Erfindung, mit ringförmiger Anode, für einen flächig U- oder mäanderförmigen oder auch gewendelten Entladungsraum,

Fig. 2 die Gesamtansicht einer Strahlungsquelle mit einem Kolben nach Fig. 1, jedoch ohne die elektrische Anschluss- und Versorgungseinheit,

Fig. 3 den Kolben einer anderen Strahlungsquelle nach der Erfindung, mit ringförmiger Kathode, für einen Entladungsraum in Art einer Kühlfalle (wie im Schweizer

Patent (Ges.Nr. 15836/74) bzw. deutschen Patent

(P 25 01 6 35.7) beschrieben) und

Fig. 4 die Gesamtansicht einer Strahlungsquelle mit einem

Kolben nach Fig. 3, gleichfalls wieder ohne elektrische Anschluss- und Versorgungseinheit, und mit vertauschten Elektroden.

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In Fig. 1 ist ein Kolben 1 im wesentlichen aus hitzebeständigem Hartglas dargestellt, in welchem die beiden Elektroden, die Kathode 9 und die Anode 10, hintereinander angeordnet sind. Wie besonders auch aus Fig. 2 ersichtlich, besteht der Entladungsraum 5 aus zwei Schenkeln 6 und 7, die beide am gleichen Ende des Kolbens 1 angeschlossen sind. Dabei ragt der Schenkel 6 koaxial in den Kolben 1 hinein, und durchtritt die ringförmig ausgebildete Anode 10.

Die Schenkel 6 und 7 bestehen aus Quarzglas oder dergleichen, damit die UV-Strahlung austreten kann. Wegen der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Hartglas und Quarzglas ist der Schenkel 7 mit dem Kolben 1 über eine sogenannte Schachtelhalmverbindung 18 verbunden. Dabei werden jeweils Glasringe miteinander verschmolzen, die die Wärmeausdehnungskoeffizienten des Hart- und des Quarzglases einander annähern. Der Schenkel 6 kann dann bei der erfindungsgemässen Konzeption unmittelbar mit dem Schenkel 7 verschmolzen werden, so dass eine zweite Schachtelhalmverbindung zum Kolben entfällt.

An ihren elektrodenfernen Enden sind die Schenkel 6 und 7 derart miteinander verschmolzen, dass sich ein geschlossener, rohrförmiger, flächig- mäanderförmiger Entladungsraum 5 ergibt (Fig.2).

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Zwischen der Kathode 9 und der Anode 10 ist an der Innenwand des Kolbens 1 ein Kragen 12 vorgesehen, der einem Kragen 11 am unteren Ende des Schenkels 6 derart zugeordnet ist, dass sich der als Druckausgleichsraum wirkende Verbindungsweg 4 ergibt. Dieser Verbindungsweg 4 verläuft auf dem einen Teilstück in der Richtung Kathode 9/Anode 10, und auf dem anderen Teilstück in der Richtung Anode 10/Kathode 9. Dadurch werden einerseits Instabilitäten, z.B. Plasmaschwingungen, der Gasentladung, und andererseits Fehlzündungen durch den Druckausgleichsraum hindurch vermieden (vgl. hierzu Schweizer

Patent (Ges.Nr. 8456/74) bzw. deutsches Patent ......

(P 24 33 557.7)).

Die Kragen-Verbindung 11/12 teilt den Kolben 1 in zwei Elektrodenräume, den Kathodenraum 2 und den Anodenraum 3.

Die Wand des Kolbens 1 weist zwischen der Schachtelhalmverbindung 18 und dem Kragen 12 einen Kovar-Metallring 14 auf. (Kovar ist eine Legierung z.B. aus 27 % Nickel, 19 % Kobalt, Rest Eisen, die bis zum Glas-Erweichungspunkt den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Hartglas hat und daher mit Glas gasdicht verschmolzen werden kann). Innen ist an dem Kovar-Metallring 14 eine metallische Halterung für die Anode 10 angebracht. Aussen kann dann der elektrische Anschluss für die Anode 10 vorgesehen werden.

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Die Kathode 9 ist in einem Hohlzylinder 13 angeordnet, der z.B. aus Nickel besteht und die Wärmeabstrahlung der Kathode reduziert. Die Kathode 9 selbst besteht z.B. aus einem gewendelten Nickel-Netzstreifen mit BaO-Beschichtung, die Anode 10 z.B. aus Massiv-Molybdän mit einem Zirkon-Belag.

Der grundsätzliche Aufbau des Kolbens 1 der Figur 3 entspricht dem der Figur 1, jedoch sind hier die Elektroden vertauscht, ist die Kragenverbindung etwas anders ausgeführt, und ist der Kolben für einen kühlfallenförmigen Entladungsraum 5 ausgebildet, wie besonders aus Fig. 4 ersichtlich.

In Fig. 3 umfasst die ringförmige Kathode den koaxial in den Kolben 1 hineinragenden Schenkel 6. Da die Kathode 9 zwecks Heizung zwei elektrische Anschlüsse braucht, sind zwei Kovar-Metallringe IU und 15 vorgesehen, für jeden Anschluss einer.

Die in der Zeichnung dargestellte Kragen-Verbindung 11/12 erklärt sich selbst.

Da sich in der Ausführungsform nach Fig. 3 und H der rohrförmige Schenkel 6 koaxial innerhalb des als Sackrohr ausgebildeten Schenkels 7 des Entladungsräumes 5 erstreckt, sind die Schenkel 6 und 7 nur über einen oder mehrere Stege 8 miteinander verbunden, die sich über die Länge der Schenkel 6,7

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verteilen und, da sich auf gleicher Höhe nie mehr als ein Steg befindet, die Gasentladung im Entladungsraum 5 nicht weiter behindern.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 wurde mit einem Entladungsraum 5 in Form einer Doppelspirale mit 3 m abgewickelter Rohrlänge und 10 mm Innendurchmesser bei 10 A Entladungsstrom erfolgreich betrieben. Der Durchmesser des Kolbens 1 betrug 50 mm, seine Länge 200 mm.

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Claims

Patentansprüche

Ί.) Einrichtung zur Erzeugung ultravioletter Strahlung mit hoher spektraler Strahldichte, bei welcher die Strahlung in einer eine thermoemissive Kathode aufweisenden Entladungsröhre mit einer Quecksilber-Argon-Füllung durch eine wandstabilisierte Gleichstrom-Gasentladung bei einem Druck ρ des Quecksilbers 2wi-

Hg

— 3 ~1
sehen 5.10 und 5.10 Torr, einem Druck ρ des Argons zwisehen 0,01 und 10 Torr und einer Stromdichte J_n des Entladungs-

stromes I zwischen 1 und 25 A/cm erzeugt wird, und bei welcher die beiden Elektrodenräume ausser durch den Entladungsraum auch durch einen Druckausgleichsraum miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Elektroden (9,10) hintereinander in einem gemeinsamen Kolben (1) angeordnet sind, dass an dessen dem Entladungsraum (5) zugewandtem Ende die beiden Schenkel (6,7) des Entladungsraumes (5) angeschlossen sind, derart, dass der eine Schenkel (6) koaxial und die dem Entladungsraum (5) zugewandte, ringförmige Elektrode (9,10) durchtretend in den Kolben (1) hineinragt, und dass an der Innenwand des Kolbens (1) und an dem in den Kolben (1) hineinragenden Schenkel (6) zwischen den beiden Elektroden (9,10) jeweils Kragen (11,12) vorgesehen sind, welche einander derart zugeordnet sind, dass sich zwischen dem Kathoden- und dem Anodenraum (2,3) ein auf einem ersten Teilstück in der Richtung Kathode (9) /

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Anode (10) und auf einem zweiten Teilstück in der Richtung
Anode (10) / Kathode (9) verlaufender, als Druckausgleichsraum wirkender Verbindungsweg (4) ergibt.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (1) aus Hartglas und die beiden Schenkel (6,7) des Entladungsraumes (5) aus Quarzglas bestehen, und der elektrodenseitige Teil des in den Kolben (1) hineinragenden Schenkels (6) mit dem elektrodenseitigen Teil des anderen Schenkels (7) , und dieser selbst über eine Schachtelhalmverbindung (18) mit dem Kolben (1) verschmolzen ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wand des Kolbens (1) zwischen der Schachtelhalmverbindung (18) und dem Kragen (12) für den Druckausgleichsraum (4) mindestens einen Kovar-Metallring (14,15) umfasst, an welchem innen die ringförmige Elektrode (9,10) angeschlossen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schenkel (6,7) des Entladungsraumes (5) unter Bildung eines geschlossenen Rohres an ihren elektrodenfernen Enden miteinander verbunden sind, und der Entladüngsraum (5) flächigmäanderförmig oder gewendelt ausgebildet ist.

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5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Kolben (1) hineinragende Schenkel (6) des Ent1adungsräumes (5) ein Rohr ist, welches sich koaxial innerhalb des anderen als an seinem elektrodenfernen Ende geschlossenes Sackrohr ausgebildeten Schenkels (7) erstreckt, und die beiden Schenkel (6,7) über mindestens einen Steg (8) miteinander verbunden sind.

BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.

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